De natuurkundige Carlo Rovelli gaat in zijn boek ”Witte gaten” op verkenning naar het onbekende. Witte gaten zijn niet eenvoudig te bevatten. Toch legt de lezer het boek van de Italiaanse hoogleraar niet met een zucht naast zich neer. Taai is de paperback allerminst.

Om te begrijpen wat witte gaten zijn, moet de lezer eerst enig begrip hebben van zwarte gaten. Wat is een zwart gat? De driedimensionale ruimte –van lengte, breedte en hoogte– vormt samen met de tijd de vierdimensionale ruimtetijd. Deze wordt vaak voorgesteld als een rubberen vel. Waar in het heelal zich sterren, planeten en zwarte gaten bevinden, is de ruimtetijd gekromd: door hun massa en zwaartekracht vormen ze putten in het ‘rubberen vel’. Deze vervorming van de ruimtetijd zorgt ervoor dat objecten richting de aarde vallen en dat planeten om de zon blijven cirkelen.

Bij een zwart gat gebeurt hetzelfde als bij planeten en sterren, maar dan veel extremer: de put in het rubberen vel is veel dieper, door de enorme zwaartekracht die er heerst. Zo’n zwart gat is meestal een ineenstortende ster. Rond het gat kolkt gloeiende materie rond. Achter die zichtbare materie gaat het zwarte gat schuil.

Horizon

Een zwart gat wordt begrensd door een horizon. Alles wat voorbij die horizon gaat, verdwijnt in het zwarte gat. Net zoals een schip op zee wegzakt achter de horizon. Uit een zwart gat ontsnapt zelfs geen licht. Wat achter de rand van het gat gebeurt, weet dus niemand. Voorbij de horizon, de zogeheten schwarzschildstraal, staan klokken stil, terwijl punten in het zwarte gat oneindig ver weg liggen.

Rovelli beschrijft vervolgens beeldend wat iemand meemaakt die naar een zwart gat reist. „De zwaartekracht die ons naar beneden trekt, is zo sterk dat we niets kunnen doen om onze afdaling te verhinderen.” Hij stelt zich dit voor als een enorm lange trechter in het ‘rubberen vel’ van de ruimtetijd, met op de bodem de superzware, instortende ster. Naarmate de ster verder instort, wordt de trechter alsmaar langer. Niemand zal dus al vallend de bodem ooit kunnen bereiken.

Op den duur wordt de trechter zo dun, dat hij wordt samengedrukt tot een enkele lijn. Daarmee is het klaar, schrijft de hoogleraar. „De ruimte is platgedrukt en de tijd stopt.” Althans, volgens Einsteins speciale relativiteitstheorie.

Terugstuiteren

Rovelli ontwikkelt vervolgens het idee van het witte gat. Als een vallend object de bodem raakt, stuitert het terug. „Zou het dan eenvoudig zo kunnen zijn dat het terugstuitert en terugbeweegt zoals een bal, alsof de tijd omkeert?”

De ruimtetijd is op dat moment maximaal vervormd tot een enkele lijn. Dan ontstaat een wit gat. De trechter in het rubberen vel wordt weer korter en breder, en er komt van alles uit. Als een film van de vorming van het zwarte gat, maar dan omgekeerd afgespeeld.

Is dat mogelijk? Volgens Rovelli zit de kerngedachte van de omslag van het zwarte naar het witte gat in het moment dat de tijd in de trechter zou stoppen. Dan gaan kwantumeffecten er een rol spelen. De Italiaan bedacht voor dat moment zijn lustheorie van de kwantumgravitatie. Volgens zijn berekeningen op basis daarvan kunnen op dat cruciale moment „sprongen van de ene configuratie op de andere” plaatshebben. Ruimte en tijd lossen zich daar op „in een wolk van waarschijnlijkheden”.

Heeft Rovelli weleens een wit gat gezien? Nee, dat niet. Sterker, niemand kan een wit gat in het heelal herkennen, schrijft Rovelli. Hij neemt hiermee weer afstand van zijn voorbeeld van de omgekeerde film. „Er is geen verschil te zien. Je kunt naar een zwart gat toe vallen, je kunt ook naar een wit gat toe vallen.” Beide objecten oefenen zwaartekracht uit op hun omgeving. Er heeft alleen intern een ontwikkeling plaats, niet daarbuiten.

Gebroken glas

Theoretisch klinkt het allemaal geweldig. Maar de zwakte van Rovelli’s theorie zit hem in de bespiegeling over de tijd. Enerzijds zegt hij dat de tijd omkeert, anderzijds dat de tijd doorloopt bij de ontwikkeling van een wit gat. Van die tegenstelling is Rovelli zich bewust. „Kun je de tijd werkelijk omkeren?” De meeste verschijnselen vinden in één richting plaats. Gebroken glazen worden niet heel. Waarom herinneren we ons het verleden en niet de toekomst? Omdat de tijd slechts in één richting gaat.

En er is nog een punt van aandacht: zwarte gaten raken onderweg energie kwijt in de vorm van hawkingstraling. Kunnen witte gaten dan wel ontstaan? Heeft een zwart gat na een periode van instorten wel genoeg energie over om een wit gat te worden? Jawel, stelt Rovelli. De hawkingstraling kan de horizon van een zwart gat uiterst klein maken. Een wit gat zal daardoor ten slotte nauwelijks aangroeien, en zal uiterst zwakke straling blijven uitzenden tot het gat geheel is verdwenen in het heelal.

De witte gaten blijken daarmee uiteindelijk een interessant gedachte-experiment. Het blijft de vraag wat er in de praktijk van de witte gaten kan worden waargenomen. Rovelli heeft het over minuscule haartjes in een enorm heelal. Dat is nog erger dan een speld in de hooiberg.

Literair

Hardcore natuurkunde is het boek ”Witte gaten” niet. Wiskundige vergelijkingen ontbreken, terwijl verduidelijkende illustraties de lezer voortdurend op het goede spoor zetten.

De tekst doet bijna literair aan en leest vlot. Het is knap hoe Rovelli zijn theorie over witte gaten weet te verweven met citaten uit Dante Alighieri’s renaissanceklassieker ”De goddelijke komedie” over de hel. En hoe hij met anekdotes de op zichzelf pittige natuurkunde weet op te dissen in hapklare brokken.

Zelf geeft Rovelli aan dat hij zich richt op de leek. Daar is hij wel in geslaagd. Maar die niet-ingewijde zal wel een basale interesse moeten hebben in witte gaten om het boek op zijn waarde kunnen schatten.

Boekgegevens

”Witte gaten. Binnen de horizon”, Carlo Rovelli; uitg. Prometheus; 144 blz.; € 17,99